基于氧化钨的高效光电化学光阳极的制备及性能研究
发布时间：2021-06-29 18:56
光电化学（PEC）水分解是指将具有光活性的半导体材料作为光电极,在外加电压的辅助下,利用太阳光将水分解成氢气和氧气的过程。因其具有清洁、可再生的特点,PEC水分解被认为是绿色产氢的一大重要途径。为了提高PEC水分解的效率,人们致力于寻找更加合适的光电极材料或将现有的材料进行改性优化。氧化钨（WO3）是制作光阳极的典型材料。但是较宽的带隙和表面缓慢的析氧动力学限制了 WO3光阳极的PEC水分解效率。为解决WO3的这些问题,本论文分别从构建异质结和表面修饰两个方面对WO3光阳极进行了优化。我们设计并制备了 WO3/Bi2S3、WO3/CdIn2S4和WO3/NiFe层状双氢氧化物（WO3/NiFe-LDH）三种复合光阳极,详细研究了光阳极的PEC性能以及工作机制,具体的研究内容如下:（1）WO3/Bi2S3:利用水热法合成片状WO3阵列,使用连续离子吸附与反应法在WO3表面制备Bi2S3种子层,之后通过化学浴沉积在WO3阵列上生长Bi2S3纳米棒。经测试,有种子层辅助生长的WO3/Bi2S3复合光阳极在电压为0.9 V vs.RHE处的光电流密度达到了 5.95 mA cm-2,分别是纯W...
【文章来源】：苏州大学江苏省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１．不同样品的ＳＥＭ图：（ａ）?ＷＯ＿，平面；（ｂ）?Ｗ０３截面；（ｃ）不含种子层的＼Ｖ〇３／Ｂｉ２Ｓ３??平面；（ｄ）Ｗ０３／Ｂｉ２Ｓ；种子层平面；（ｅ）含种子层的Ｗ０３／Ｂｉ２Ｓ３平面；（ｆ）含种子层的＼Ｖ０３／Ｂｉ２Ｓ３??截面??
基于氧化钨的高效光电化学光阳极的制备及性能研究?第二章ＷＯ，／Ｂｉ，Ｓ３异质结光阳极的ＰＥＣ性能研宂??麵画??＿獲＿．??〇Ｔ＾Ｅ９Ｅ＾＾Ｅ＾Ｑ＾ＳＱｕ＾＾＾ｌＨｉＨｌＨｉＨＩ＾＾Ｓ３ｌ??邏漏＿??ｊ＾＾＾＾２ｉｉｉＬＡｊＵＬ￡Ｃｉｊ］＾￡Ｓ＾ｉ＾＾ｉ５＾ｌｉｌＨＨＨＩＨＩＥ￡ｔｉＺ３ｉ?Ｑ２ＩＥＸｎｉ２ＥＩ３Ｉｕ２＾Ｅ２３ｉｉ３！ｉｌ］ｌｌｉＨｍｍＱ２３１?ＱＱＩＩｉＥ￥２ＥｉＺ２ｎ２２２ｉ］Ｅ２！２ＨＨＨｍ＾＾ｌＥＥｉ２５１??图２－２？有种子层的样品在ＣＢＤ不同时间时的ＳＥＭ图：（ａ）?４ｈ，（ｂ）?８ｈ，（ｃ）?１２ｈ，?（ｄ）??１６?ｈ，?（ｅ）?２（１?ｈ，?（ｆ）?２４?ｈ；没有种子层的样品在ＣＢＤ不同时间时的ＳＥ＼１图：（ｇ）?４?ｈ，?（ｈ）?８?ｈ，??Ｃｉ）?１２?ｈ，?（ｊ）?１６?ｈ，?Ｃｋ）?２０?ｈ，?（Ｉ）?２４?ｈ??不同ＣＢＤ反应时间（４，８，１２，１６，２０和２４ｈ）制备的Ｗ０３／Ｂｉ２Ｓ３复合薄膜的??形貌如图２－２所示。当没有种子层时，生长出的Ｂｉ２Ｓ３纳米棒的长度和直径随时间增??加而增加。当沉积时间增加至２４?ｈ时，己经有大量的ＢｂＳ３纳米棒生长在片状Ｗ０３阵??列上，但是仍然有部分裸露的Ｗ０３存在。对此相对的是有种子层辅助生长的样品。??可以看出，反应时间为４?ｈ时，片状Ｗ０３阵列上仅仅只形成／一层纳米颗粒，并没??１５??
基于氧化钨的高效光电化学光阳极的制备及性能研究?第二章ＷＣＶＢｉＡ异质结光阳极的ＰＥＣ性能研究??图２－６．?（ａ）?＼Ｖ０３／Ｂｉ２Ｓ３的ＴＥＭ图像；（ｂ）左图虚线区域对应的ＨＲＴＥ１Ｖ１图像，插图是图??中虚线区域对应的ＦＦＴ??图２－６ａ中展示／?Ｗ０３／Ｂｉ２Ｓ３复合样品的ＴＥＭ图像。从图中可以看出，片状Ｗ０３??周围包覆着Ｂｉ２Ｓ３纳米棒。Ｂｉ２Ｓ３纳米棒的长度在１００到２００?ｎｍ之间，直径在１０到??５０?ｎｍ之间，与之前ＳＥＭ图像中的结果一致。图２－６ｂ是２－６ａ中虚线框区域的高分辨??ＴＥＭ?（ＨＲＴＥＭ）图像，从中我们可以看到明显的晶格条纹，说明样品具Ｗ较好的结??晶性。其屮间距为０．２６?ｎｍ的晶格条纹属于单斜”０３的（２０２）面。而间距为０．３５和??０．２８ｎｍ的晶格条纹分别代表了正交Ｂｉ２Ｓ３的（３１０）和（２２１）面，与ＸＲＤ的结果一??致。图２－６ｂ屮的插图显示的是虚线Ｒ域对应的快速傅里叶变换（ＦＦＴ）图像，从屮测??得的晶面间距与ＨＲＴＥＭ的结果？致。??图２－７屮展示ｆ纳米片与纳米棒界面附近的元素分布图，可以看出Ｗ和Ｏ儿素??＇Ｋ要分布／上纳米片区域，而Ｂｉ和Ｓ元素同时存在于纳米片和纳米棒区域。这个结果??证明了异质结结构是由＼￥０３纳米片和Ｂｉ２Ｓ３纳米棒组成的。纳米片区域出现Ｂｉ和Ｓ??元素是由尸Ｗ０３纳米片上存在Ｂｉ２Ｓ３种子层。??１９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]水滑石纳米片阵列/多孔BiVO4复合光阳极用于高效光电催化分解水（英文）[J]. 黄义,于一夫,信雅妮,孟楠楠,余玉,张兵. Science China Materials. 2017(03)
[2]具有优异光电化学性能的三维p-CuO/n-ZnO异质结光阴极材料（英文）[J]. 武芳丽,曹风人,刘琼,卢豪,李亮. Science China Materials. 2016(10)
本文编号：3256976
【文章来源】：苏州大学江苏省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１．不同样品的ＳＥＭ图：（ａ）?ＷＯ＿，平面；（ｂ）?Ｗ０３截面；（ｃ）不含种子层的＼Ｖ〇３／Ｂｉ２Ｓ３??平面；（ｄ）Ｗ０３／Ｂｉ２Ｓ；种子层平面；（ｅ）含种子层的Ｗ０３／Ｂｉ２Ｓ３平面；（ｆ）含种子层的＼Ｖ０３／Ｂｉ２Ｓ３??截面??
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基于氧化钨的高效光电化学光阳极的制备及性能研究?第二章ＷＣＶＢｉＡ异质结光阳极的ＰＥＣ性能研究??图２－６．?（ａ）?＼Ｖ０３／Ｂｉ２Ｓ３的ＴＥＭ图像；（ｂ）左图虚线区域对应的ＨＲＴＥ１Ｖ１图像，插图是图??中虚线区域对应的ＦＦＴ??图２－６ａ中展示／?Ｗ０３／Ｂｉ２Ｓ３复合样品的ＴＥＭ图像。从图中可以看出，片状Ｗ０３??周围包覆着Ｂｉ２Ｓ３纳米棒。Ｂｉ２Ｓ３纳米棒的长度在１００到２００?ｎｍ之间，直径在１０到??５０?ｎｍ之间，与之前ＳＥＭ图像中的结果一致。图２－６ｂ是２－６ａ中虚线框区域的高分辨??ＴＥＭ?（ＨＲＴＥＭ）图像，从中我们可以看到明显的晶格条纹，说明样品具Ｗ较好的结??晶性。其屮间距为０．２６?ｎｍ的晶格条纹属于单斜”０３的（２０２）面。而间距为０．３５和??０．２８ｎｍ的晶格条纹分别代表了正交Ｂｉ２Ｓ３的（３１０）和（２２１）面，与ＸＲＤ的结果一??致。图２－６ｂ屮的插图显示的是虚线Ｒ域对应的快速傅里叶变换（ＦＦＴ）图像，从屮测??得的晶面间距与ＨＲＴＥＭ的结果？致。??图２－７屮展示ｆ纳米片与纳米棒界面附近的元素分布图，可以看出Ｗ和Ｏ儿素??＇Ｋ要分布／上纳米片区域，而Ｂｉ和Ｓ元素同时存在于纳米片和纳米棒区域。这个结果??证明了异质结结构是由＼￥０３纳米片和Ｂｉ２Ｓ３纳米棒组成的。纳米片区域出现Ｂｉ和Ｓ??元素是由尸Ｗ０３纳米片上存在Ｂｉ２Ｓ３种子层。??１９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]水滑石纳米片阵列/多孔BiVO4复合光阳极用于高效光电催化分解水（英文）[J]. 黄义,于一夫,信雅妮,孟楠楠,余玉,张兵. Science China Materials. 2017(03)
[2]具有优异光电化学性能的三维p-CuO/n-ZnO异质结光阴极材料（英文）[J]. 武芳丽,曹风人,刘琼,卢豪,李亮. Science China Materials. 2016(10)
本文编号：3256976
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